Vật liệu tự phục hồi (Self-healing Materials) là những vật liệu có khả năng tự động sửa chữa các hư hỏng, vết nứt hoặc các tổn thương khác mà không cần sự can thiệp từ bên ngoài. Quá trình tự phục hồi này có thể được kích hoạt bởi các yếu tố môi trường như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm hoặc thông qua các cơ chế được tích hợp sẵn trong vật liệu.

Các cơ chế tự phục hồi phổ biến:

• Dựa trên vi nang (Microcapsule-based): Vật liệu chứa các viên nang siêu nhỏ chứa chất phục hồi (ví dụ: monomer, chất xúc tác, nhựa epoxy). Khi vật liệu bị nứt, các viên nang vỡ ra và giải phóng chất phục hồi, chất này sẽ phản ứng và lấp đầy vết nứt.
• Dựa trên mạng lưới mạch máu (Vascular Network-based): Tương tự như hệ thống mạch máu trong cơ thể sống, vật liệu được tích hợp mạng lưới các ống dẫn siêu nhỏ chứa chất phục hồi. Khi có vết nứt, chất phục hồi sẽ chảy qua mạng lưới này để trám lại.
• Polymer có liên kết tái tạo (Reversible Bond-based Polymers): Một số polymer có các liên kết hóa học đặc biệt có khả năng tự tái tạo sau khi bị phá vỡ, giúp vật liệu phục hồi lại trạng thái ban đầu.
• Vật liệu nhớ hình (Shape Memory Materials): Các vật liệu này có khả năng trở lại hình dạng ban đầu khi được kích thích bởi nhiệt độ hoặc ánh sáng sau khi bị biến dạng.
• Tự phục hồi tự sinh (Autogenous Healing): Trong một số vật liệu như bê tông, các phản ứng hóa học tự nhiên hoặc sự kết tinh của các khoáng chất có thể giúp lấp đầy các vết nứt nhỏ.
• Dựa trên vi khuẩn (Bacteria-based): Một số nghiên cứu sử dụng vi khuẩn đặc biệt được nhúng trong vật liệu (ví dụ: bê tông) để tạo ra các chất lấp đầy vết nứt khi có nước xâm nhập.

Ứng dụng của vật liệu tự phục hồi:

Vật liệu tự phục hồi có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, mang lại nhiều lợi ích về độ bền, tuổi thọ và giảm chi phí bảo trì:

• Xây dựng:
  • Bê tông tự phục hồi: Giúp kéo dài tuổi thọ công trình, giảm chi phí sửa chữa các vết nứt.
  • Lớp phủ tự phục hồi cho bề mặt: Bảo vệ khỏi ăn mòn và các hư hỏng do môi trường.
• Giao thông vận tải:
  • Lốp xe tự phục hồi: Tự vá các vết thủng nhỏ, tăng an toàn và tuổi thọ lốp.
  • Vật liệu tự phục hồi cho thân vỏ máy bay và ô tô: Giảm thiểu vết xước và hư hỏng, duy trì tính thẩm mỹ và độ bền cấu trúc.
  • Đường xá tự phục hồi: Tự trám các vết nứt, ổ gà, giảm chi phí bảo trì đường bộ.
• Điện tử:
  • Mạch điện tự phục hồi: Tự nối lại các chỗ đứt gãy do chập điện hoặc hư hỏng cơ học.
  • Pin tự phục hồi: Kéo dài tuổi thọ và độ an toàn của pin.
  • Màn hình cảm ứng tự phục hồi: Tự làm lành các vết trầy xước nhỏ.
• Y tế:
  • Vật liệu sinh học tự phục hồi: Sử dụng trong cấy ghép mô và cơ quan, giúp cơ thể tự phục hồi nhanh hơn.
  • Thiết bị y tế tự phục hồi: Tăng độ bền và hiệu suất của thiết bị.
• Hàng tiêu dùng:
  • Sơn và lớp phủ tự phục hồi: Duy trì vẻ ngoài của sản phẩm lâu hơn.
  • Quần áo và vải tự phục hồi: Tự liền các vết rách nhỏ.
• Công nghiệp:
  • Vật liệu tự phục hồi cho đường ống dẫn: Giảm rủi ro rò rỉ và chi phí bảo trì.
  • Các bộ phận máy móc tự phục hồi: Kéo dài tuổi thọ và giảm thời gian ngừng hoạt động.

Mặc dù nhiều ứng dụng vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển, vật liệu tự phục hồi hứa hẹn sẽ mang lại một cuộc cách mạng trong công nghệ vật liệu, tạo ra các sản phẩm bền bỉ hơn, an toàn hơn và thân thiện với môi trường hơn.